JP3219400B2

JP3219400B2 - 面合わせ方法

Info

Publication number: JP3219400B2
Application number: JP2000261032A
Authority: JP
Inventors: 昌宏多川; 俊彦宮▲崎▼; 亮黒田; 俊光川瀬; 明彦山野; 邦裕酒井; 高広小口; 俊一紫藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-12-22
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2001-10-15
Anticipated expiration: 2016-10-15
Also published as: JP2001118292A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＳＴＭの原理を用い
た、または応用した情報記録・再生処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年情報化社会の発展につれ、大容量メ
モリ化技術の開発が行われている。最近では走査型トン
ネル顕微鏡（以後ＳＴＭと略す）の原理を用いた又は応
用した記録・再生装置が登場してきた。

【０００３】ＳＴＭは金属の探針（トンネルチップ）を
導電性物質間に電圧を加えて１ｎｍ程度の距離まで近づ
けるとトンネル電流が流れることを利用しているもので
ある。この電流は両者の距離変化に敏感である。トンネ
ル電流を一定に保つようにプローブ電極を走査すること
により、実空間の全電子雲に関する種々の情報をも読取
ることができる。このときの面内方向の分解能は０．１
ｎｍ程度である。したがって、ＳＴＭの原理を応用すれ
ば十分に原子オーダー（サブ・ナノメートル）での高密
度記録再生を行うことが可能である。例えば、特開昭６
１−８０５３６号に開示されている情報記録・再生装置
では、電子ビーム等によって媒体表面に吸着した原子粒
子を取り除き書き込みを行い、ＳＴＭによりこのデータ
を再生している。

【０００４】記録層として電圧電流のスイッチング特性
に対してメモリ効果を持つ材料、例えば共役π電子系有
機化合物やカルコゲン化合物類の薄膜層を用いて、記録
・再生をＳＴＭで行う方法が提案されている（特開昭６
３−１６１５５２号公報、特開昭６３−１６１５５３号
公報参照）。この方法によれば、記録のビットサイズを
１０ｎｍとすれば、１０¹²ｂｉｔ／ｃｍ² もの大容量記
録再生が可能である。

【０００５】また、小型化を目的としてプローブ電極を
半導体基板上に複数並べて形成し、これと対向する記録
媒体に変位させ記録する装置が提案されている（特開昭
６２−２８１１３８号公報、特開平１−１９６７５１号
公報参照）。例えば、１ｃｍ ² 角のシリコンチップ上に
２５００本のプローブ電極を５０×５０のマトリック配
置したマルチプローブヘッドと上述したメモリ効果を持
つ材料を組み合わせることにより、１プローブ当たり４
００Ｍｂｉｔ，総記録容量１Ｔｂｉｔのディジタルデー
タの記録再生が行える。

【０００６】さらに、上記ＳＴＭの原理を用いた、また
は応用した情報記録・再生装置において、走査面に対す
る記録媒体表面及び複数のプローブ電極面の面合わせ
（傾き補正）に関しては、例えば特定のプローブ電極を
面合わせ用のプローブ電極として用い、プローブ電極で
検出されるトンネル電流を等しくすることにより行って
いる。

【０００７】ここで言う走査面とは、複数のプローブ電
極と記録媒体を相対移動させたとき、プローブ電極の先
端が描く面であり、プローブ電極面とは複数のプローブ
電極の先端が構成している面である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記面合わせを
行う際に用いるプローブ電極に高さ方向のばらつきがあ
る場合、本来面合わせを行わなければならない面（走査
面に対する記録媒体表面及び複数のプローブ電極面）の
面合わせを行うことができなかった。

【０００９】例えば、面合わせ用プローブ電極に反りに
よる±１０μｍの高さ方向のばらつきがあると、本来合
わせようとする面よりも約０．２°傾いてしまう。

【００１０】そのため、下記のような問題点があった。

【００１１】（１）情報を記録・再生する際にこの傾き
を補正するための記録媒体表面垂直方向へプローブ電極
を大きく動かす機構及び電気回路が必要となり、装置が
複雑になる。

【００１２】また、面合わせ用プローブ電極の反りによ
るばらつきが多く、合わせた面の傾きが大きいときに
は、（２）プローブ電極の移動機構の可動範囲を越えてしま
い、情報の記録・再生ができなくなる。

【００１３】（３）プローブ電極の移動機構が頻繁に使
われるため、移動機構の寿命が短くなる。

【００１４】（４）プローブ電極を動かす機構には主に
圧電材料が使用されるが、圧電材料にはヒステリシスが
あり傾き補正のために駆動する際に精密な動きを制御し
にくく、大きく動かすときには高圧電源等が必要となり
プローブ電極の応答速度が遅くなる。

【００１５】また、上記従来例において複数のプローブ
を設けた並列のデータ記録再生を行う場合には、プロー
ブ作製時のプロセス上の誤差による形状、大きさのばら
つきが存在するためそれを補正するために記録再生時に
プローブ毎の制御が必要となり、特にプローブの数が１
００本、１０００本というオーダーになると制御系の大
規模化を招いていた。

【００１６】本発明は上記問題点を鑑みてなされたもの
であって、その目的はより簡単な手段で、面合わせ用に
用いるプローブ電極のばらつきを検知し、面合わせの前
又は最中にこのばらつきを補正することが行える情報処
理装置における面合わせ方法を提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、記録媒体と、該記録媒体に対向して配置し
た複数のプローブ電極と、前記複数のプローブ電極のそ
れぞれに設けられたアクチュエータと、前記複数のプロ
ーブ電極を支持する支持体と、前記支持体の前記記録媒
体に対する傾きを補正するチルト機構と、前記記録媒体
表面に沿った方向に前記記録媒体と前記プローブ電極と
を相対的に変位させる手段と、前記プローブ電極を用い
て情報の記録再生を行う手段を有する情報処理装置にお
ける、前記チルト機構によって前記記録媒体表面及び前
記複数のプローブ電極の先端で構成される面との面合わ
せを行う面合わせ方法において、前記複数のプローブ電
極のうちの特定のプローブ電極から信号を検出する段階
と、前記チルト機構により前記支持体の前記記録媒体表
面に対する傾きを変化させた時の前記特定のプローブ電
極毎の前記検出信号の増加率を検知する段階と、前記特
定のプローブ電極それぞれの前記増加率が同じになるよ
うに前記特定のプローブ電極に対応するアクチュエータ
を制御する、或は面合わせに用いる前記検出信号を補正
する段階と、前記特定のプローブ電極それぞれから検出
された信号が等しくなるように前記チルト機構を制御す
る段階と、を備えることを特徴とする。

【００１８】前記複数のプローブ電極は1次元に配列さ
れており、前記特定のプローブ電極はそのうちの２本で
あるものが適用できる。この場合、前記２本のプローブ
電極は、1次元に配列された複数のプローブ電極のうち両
端に位置することが好ましい。

【００１９】あるいは、前記複数のプローブ電極はマト
リックス状に配列されており、前記特定のプローブ電極
はそのうちの３本であるものが適用できる。

【００２０】また、前記信号はトンネル電流であること
を特徴とする。

【００２１】（作用）以上説明したような発明では、ＳＴＭの原理を用いた又
は応用した情報記録・再生装置において、記録媒体表面
及び複数のプローブ電極面の面合わせを行うための特定
のプローブ電極に、反りによる高さ方向のばらつきがあ
ると、プローブ電極の先端に形成してあるトンネルチッ
プとチルトを行うための回転軸の距離が、微小に変化し
てしまう。したがってトンネル領域でチルト動作を行う
と、トンネルチップとチルト軸の微小な距離の違いがト
ンネル電流の増加率の違いとして検出される。この増加
率を比較することによりプローブ電極の反りによる高さ
方向のばらつきを検知することができ、補正することが
できる。

【００２２】このように、トンネル電流の増加率により
ばらつきを検知し、補正を行っているので、面合わせが
確実に行われることになる。このようにすることで、記
録・再生中のプローブ電極の記録媒体表面に垂直な方向
の動きを行わない、或は少々行うだけで、複数のプロー
ブ電極と記録媒体表面の高速アクセスが可能となる。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２４】（実施形態１）図１は本発明の装置の基本
構成を示した図であり、この図において１はマイクロメ
カニクス技術で作成された複数のプローブ電極、２は複
数のプローブ電極をチルト機構にセットするためのプロ
ーブ電極アッタチメント、３は複数のプローブ電極の傾
きを変えるチルト機構、４は複数のプロ−ブ電極をＺ方
向に微動・粗動させるＺ方向微動・粗動機構である。５
は記録媒体で、５１はガラスを研磨して得られた基板、
５２は基板５１の上にＣｒ（下引き層）とＡｕを真空蒸
着法により形成した下地電極、５３はグラファイト（Ｈ
ＯＰＧ）の記録層である。記録層５３は下地電極５２の
上に導電性接着剤で接着され、記録層表面の記録・再生
領域はへき開により原子オーダで平滑になっている。６
は記録媒体５の傾きを変えるチルト機構、７は記録媒体
５をＸＹ方向に微動・粗動させるＸＹ方向微動・粗動機
構である。８は記録・再生装置と外部装置との接続を行
うインターフェースであり、書込み読出し情報の入出
力、ステータスの出力、制御信号の入力、アドレス信号
の出力を行う。８０は記録・再生装置の各ブロック間の
相互作用の集中制御を行う制御回路、８１は書込み読出
し情報（デ−タ）を制御回路８０からの指示により書込
んだり読出したりする書込み読出し回路、８２は書込み
読出し回路からの指令信号で複数のプローブ電極１と記
録媒体５との間に書込み用のパルス状電圧を印加してデ
ータを書込んだり、読出し用の電圧を印加するバイアス
回路、８３は記録・再生時に複数のプローブ電極１と記
録媒体５との間に流れる電流を検出するトンネル電流検
出回路、８４は制御回路８０等の指示によりトンネル電
流検出回路８３や位置検出回路８８の信号を基に複数の
プローブ電極１や記録媒体５の位置を決定する位置決め
回路、８５は位置決め回路８４からのサーボ信号を基に
複数のプローブ電極１や記録媒体５の位置をサーボ制御
するサーボ回路、８６はサーボ回路８５の信号にしたが
い複数のプローブ電極１のＺ方向微動・粗動機構４を駆
動するＺ方向駆動回路、８７はサーボ回路８５の信号に
したがい記録媒体５のＸＹ方向微動・粗動機構７を駆動
するＸＹ方向駆動回路、８９はサーボ回路８５の信号に
したがいチルト機構３，６を駆動するチルト機構駆動回
路、９０は複数のプローブ電極１を記録媒体５に接近さ
せる際に用いるプローブ電極に流れるトンネル電流を検
出するトンネル電流検出回路である。図１では制御回路
８０、書込み読み込み回路８１、バイアス回路８２、ト
ンネル電流検出器８３は１つしか記載されていないが、
実際には複数のプローブ電極の数だけ使用する。

【００２５】図２は本発明の装置の構成要部であるプロ
ーブ電極の構成例を示す断面図である。１１はトンネル
電流あるいは記録信号を記録層に対して電圧を印加する
トンネルチップである。１２はトンネルチップをＺ方向
に移動させるためのカンチレバーであり、マイクロメカ
ニクス技術により形成される。そして１４及び１５の電
極に任意の電圧を印加することにより、その静電力によ
ってカンチレバーを変位させることができる。１６はト
ンネルチップをカンチレバー上に有したプローブ電極で
あり、１３はプローブ電極が形成されている基板であ
る。

【００２６】図３は本発明の装置に用いた複数のプロー
ブ電極が形成されている基板を上方から見た平面図であ
り、プローブ電極１６をＸ方向に１０本、Ｙ方向に２０
本合計２００本配置した構成になっている。各々のプロ
ーブ電極１６にはトンネルチップ１１からトンネル電流
を検出または記録信号を記録層に対して電圧を印加する
ための配線がなされており、各々がトンネル電流検出器
８３、バイアス回路８２につながれている。１７は複数
のプローブ電極用の基板である。基板１７の図面左側部
分には各プローブ電極の行番号が、図面上側部分には同
じく列番号が記されている。

【００２７】本形態において特定の３本のプローブ電極
〔（１０，Ａ），（１，Ｊ），（２０，Ｊ）〕に配置さ
れている、楕円内に示すプローブ電極をＺ方向位置調整
用に用いた。

【００２８】図３に示す複数のプローブ電極を図４に示
す装置に装着した。図４は本発明の有するチルト機構を
示した図である。装着は複数のプローブ電極が形成され
ている基板を、接着剤を用いてプローブ電極アタッチメ
ント２に固定することにより行い、個々のプローブ電極
１６と図１に示すようなトンネル電流検出器８３とバイ
アス回路８２への接続はコネクタで行った。図１に示す
チルト機構３は図４に示すようにプローブ電極アッタチ
メント２を固定する板ばね３１、複数のプローブ電極１
の傾きを補正する積層型圧電素子３２〜３４（図４では
圧電素子３４は圧電素子３２の後方に位置しており、図
示されていない）、積層型圧電素子３２〜３４の荷重を
一点に集中させる鋼球３５により構成される。積層型圧
電素子３２〜３４はＺ軸方向に伸縮するように配置さ
れ、伸縮方向の一方は接着剤で板ばね３１に固定されて
おり、他方は鋼球３５に接している。また。積層型圧電
素子３２〜３４は３個用いられており、それぞれ３本の
Ｚ方向位置調整用プローブ電極（１０，Ａ），（１，
Ｊ），（２０，Ｊ）の真上に設置されている。この圧電
素子の変位感度は６．５μｍ／１００Ｖである。

【００２９】本形態に用いた装置は複数のプローブ電極
１をＸＹ方向に対し固定し、記録媒体５をＸＹ方向に微
動する構成になっている。

【００３０】面合わせを行う場合、各々のＺ方向位置調
整用プローブ電極（１０，Ａ），（１，Ｊ），（２０，
Ｊ）の検出するトンネル電流が等しくなるように、上述
した構成のチルト機構３を用いて調整する。

【００３１】しかし、Ｚ方向位置調整用プローブ電極と
して用いた特定のプローブ電極に、反りによる高さ方向
のばらつきがあると、正しい面合わせが行われなくな
る。

【００３２】そこでまず、Ｚ方向位置調整用プローブ電
極の高さ方向のばらつきを検知しなければならない。

【００３３】最初に、Ｚ方向位置調整用プローブ電極の
反りによる高さ方向のばらつき具合の検知方法の詳細を
述べる。

【００３４】Ｚ方向位置調整用プローブ電極（１０，
Ａ），（１，Ｊ），（２０，Ｊ）に電圧１ｍＶを印加
し、カンチレバーを記録媒体側に１ｎｍ変位させる。な
お、Ｚ方向位置調整用プローブ電極は、記録媒体方向に
反っており、図３に示す基板１７と平行位置にチルト軸
があるものとする。

【００３５】Ｚ方向粗動機構４によってＺ方向位置調整
用プローブ電極（１０，Ａ），（１，Ｊ），（２０，
Ｊ）の３本において、トンネル電流が１０^-8Ａ程度検出
されるまで記録媒体５に接近させる。

【００３６】図３に示されたような複数のプローブ電極
をＹ軸の回りにチルト機構を用い回転させる。このとき
Ｘ軸回りに回転しないようにする。具体的にはＺ方向位
置調整用プローブ電極（１０，Ａ）の真上に配置されて
いる図４に示す積層型圧電素子３３を０．５オングスト
ローム間隔で縮ませる。それと同時にＺ方向位置調整用
プローブ電極（１，Ｊ），（２０，Ｊ）の真上に配置さ
れている図４に示す積層型圧電素子３２，３４を同じ間
隔（０．５オングストローム間隔）で伸長させる。その
結果複数のプローブ電極は向かって右側（図３、Ｊ列）
が記録媒体に接近し、向かって左側（図３、Ａ列）が離
れるようになる。

【００３７】このときのＺ方向位置調整用プローブ電極
（１０，Ａ），（１，Ｊ），（２０，Ｊ）によって検出
されたトンネル電流の変化を図５に示す。図５は本発明
の装置におけるトンネル電流の変化を示した図である。
図中のΔＪ^T １，ΔＪ^T ２，ΔＪ^T ３はチルト時のトン
ネル電流の増加量を示したものである。３本のＺ方向位
置調整用プローブ電極に高さ方向のばらつきがない場
合、各々のＺ方向位置調整用プローブ電極のトンネル電
流の増加率（グラフの傾き）の絶対値は等しくなる。

【００３８】そこで３つのグラフの傾き（このグラフで
はΔＪ^T １，ΔＪ^T ２，ΔＪ^T ３）から補正量が最小と
なるような基準曲線を選び、残りのＺ方向位置調整用プ
ローブ電極のトンネル電流の増加率（グラフの傾き）が
同じになるように、Ｚ方向調整用プローブ電極に電圧を
印加してプローブ電極を高さ方向に変位させることによ
り補正する。

【００３９】本形態ではＺ方向位置調整用プローブ電極
（１０，Ａ）のトンネル電流増加曲線を基準として、他
の曲線の傾きの絶対値をそれに合わせた。具体的にはＺ
方向位置調整用プローブ電極（１，Ｊ）を約０．５オン
グストローム、Ｚ方向位置調整用プローブ電極（２０，
Ｊ）を約１オングストローム記録媒体側に変位させるこ
とにより行った。

【００４０】また本形態では基準曲線として測定された
曲線のうちの１本を用いたが、予め用意された理論曲線
でもよい。またトンネル電流の増加率（グラフの傾き）
を同じにするのに、Ｚ方向位置調整用プローブ電極に電
圧を印加しプローブ電極を高さ方向に変位させることに
より行ったが、これはプローブ電極を変位させずに、補
正係数として次に行う面合わせ時に検出されるトンネル
電流を補正してもよい。

【００４１】以上でＺ方向位置調整用プローブ電極（１
０，Ａ），（１，Ｊ），（２０，Ｊ）の補正ができたの
で、この３本のプローブ電極を用いて面合わせを行う。

【００４２】まず複数のプローブ電極面と記録媒体表面
の面合わせを行う。

【００４３】複数のプローブ電極をチルト機構を用いて
Ｚ方向位置調整用プロ−ブ電極（１０，Ａ）が一番最初
に記録媒体に接近するように積層型圧電素子３３を１０
ｎｍ伸長させる。プローブ電極と記録媒体間にバイアス
電圧０．５Ｖを印加する。

【００４４】まずＸ方向の平面補正を図６に示すように
行う。図６は、本発明の装置における面合わせ方法のＸ
方向の平面補正を表わした図である。

【００４５】図６（ａ）に示すように、Ｚ方向粗動機構
によってＺ方向位置調整用プローブ電極（１０，Ａ）を
１０^-8Ａ程度のトンネル電流を検知する位置まで移動さ
せる。

【００４６】次に図６（ｂ）に示すように積層型圧電素
子３２を伸ばし、Ｚ方向位置調整用プローブ電極（１，
Ｊ）をＺ方向位置調整用プローブ電極（１０，Ａ）が検
知したトンネル電流と同じになるまで移動させる。積層
型圧電素子３２に印加する電圧を１００ｍＶ（変位量に
換算すると約１０ｎｍ）増加させることにより、Ｚ方向
位置調整用プローブ電極（１，Ｊ）をＺ方向位置調整用
プローブ電極（１０，Ａ）が検知したトンネル電流と同
じにすることができた。

【００４７】次にＹ方向の平面補正を図７に示すように
行う。図７は、本発明の装置における面合わせ方法のＹ
方向の平面補正を表わした図である。

【００４８】図７（ａ）に示す状態から図７（ｂ）に示
すように積層型圧電素子３４を伸ばし、Ｚ方向位置調整
用プローブ電極（２０，Ｊ）をＺ方向位置調整用プロー
ブ電極（１０，Ａ）が検知したトンネル電流と同じにな
るまで移動させる。積層型圧電素子３４に印加する電圧
を５０ｍＶ（変位量に換算すると約５ｎｍ）増加させる
ことにより、Ｚ方向位置調整用プローブ電極（２０，
Ｊ）をＺ方向位置調整用プローブ電極（１０，Ａ）が検
知したトンネル電流と同じにすることができた。

【００４９】次にＺ方向位置調整用プローブ電極（１，
Ｊ）、（２０，Ｊ）に印加されている電圧を０Ｖにし、
カンチレバーの変位を元に戻す。

【００５０】次に記録媒体表面と走査面の面合わせを図
８に示す軌跡に基づいて行う。図８は、本発明の装置に
おける記録媒体表面と走査面の面合わせを行う軌跡を示
した図である。

【００５１】まず、記録媒体５上の任意の点ＡにＺ方向
粗動機構によって複数のプローブ電極１のＺ方向位置調
整用プローブ電極（１０，Ａ）をトンネル領域まで接近
させる。

【００５２】そしてＺ方向位置調整用プローブ電極（１
０，Ａ）の垂直距離を制御しながら記録領域Ｓの一隅の
点Ｂに移動させる。次に、記録領域Ｓの外周に沿って同
様にトンネル領域を一定に保ったまま、プローブ電極を
点ＢからＣ，Ｄ，Ｅの順に移動させる。

【００５３】図９はプローブ電極を記録領域Ｓの外周に
沿って動かしているときのプローブ電極の垂直方向の制
御量を示し、図８に示す点Ａを基準としたプローブ電極
の垂直方向制御量を縦軸に示している。点Ａから点Ｄま
ではプローブ電極を記録媒体５に近づける方向に動かす
制御が行われており、点Ｄから点Ｂまでは離れる方向に
制御が行われている。つまり上述の場合ではプローブ電
極の走査面に対する記録媒体５の傾きは点Ａが最も走査
面に近く、続いて点Ｂ、点ＣとＥ、そして点Ｄが最も離
れていることがわかる。

【００５４】この結果より図１に示すようなチルト機構
３，６を用い、複数のプローブ電極面と記録媒体表面の
平行を保ちつつ、記録媒体表面及び複数のプローブ電極
面の傾きを変え、走査面に対して面合わせを行う。

【００５５】この状態でＸＹ微動機構７を駆動し、記録
媒体５に対し±１０Ｖの三角波を任意のトンネルチップ
／基板電極間に印加することにより記録実験を行った。
十分にチップの接触がなく情報の記録・再生を行うこと
ができた。

【００５６】本形態では複数のプローブ電極１と記録媒
体５との面合わせを行うときにＺ方向位置調整用プロー
ブ電極として３本のプローブ電極を用いたが、これは４
隅に１本づつでもよく、面合わせの順番もＹ方向を合わ
せてからＸ方向を合わせてもよい。

【００５７】また記録媒体表面と走査面の面合わせを行
うとき、複数のプローブ電極１のＺ方向位置調整用プロ
ーブ電極（１０，Ａ）をセンサーとして用いたが、任意
のプローブ部電極でもよく、Ｚ方向位置調整用プローブ
電極（１，Ｊ）をセンサーとして用いても同様の結果が
得られた。

【００５８】（実施形態２）本形態の装置も実施形態１
と同様に図３に示す複数のプローブ電極を図４に示す装
置に装着した。装着は複数のプローブ電極の基板を接着
剤を用いてプローブ電極アタッチメントに固定すること
により行い、プローブ電極とトンネル電流検出器８３と
バイアス回路８２への接続はコネクタで行った。チルト
機構３はプローブ電極アッタチメント２を固定する板ば
ね３１、複数のプローブ電極の傾きを補正する積層型圧
電素子３２〜３４（図４では圧電素子３４は圧電素子３
２の後方に位置しており、図示されていない）、積層型
圧電素子の荷重の一点に集中させる鋼球３５により構成
される。積層型圧電素子３２〜３４はＺ軸方向に伸縮す
るように配置され、伸縮方向の一方は接着剤で板ばねに
固定されており、他方は鋼球３５に接している。また、
積層型圧電素子３２〜３４は３個用いられており、それ
ぞれ３本のＺ方向位置調整用プローブ電極（１０，
Ａ），（１，Ｊ），（２０，Ｊ）の真上に設置されてい
る。この圧電素子の変位感度は６．５μｍ／１００Ｖで
ある。

【００５９】本形態に用いた装置は複数のプローブ電極
をＸＹ方向に対し固定し、記録媒体をＸＹ方向に微動す
る構成になっている。

【００６０】実施形態１では複数のプローブ電極１と記
録媒体５の面合わせを行ってから走査面と記録媒体５の
面合わせを行ったが、本形態ではまず走査面と記録媒体
５の面合わせを行い、次に複数のプローブ電極１と記録
媒体５の面合わせを行った。

【００６１】Ｚ方向位置調整用プローブ電極（１０，
Ａ），（１，Ｊ）（２０，Ｊ）に電圧１ｍＶを印加し、
カンチレバーを記録媒体側に１ｎｍ変位させる。なお、
Ｚ方向位置調整用プローブ電極は、記録媒体方向に反っ
ており、基板１７と平行位置にチルト軸があるものとす
る。

【００６２】Ｚ方向位置調整用プローブ電極のばらつき
の検知方法及び補正方法は、実施形態１と同様である。

【００６３】以上でＺ方向位置調整用プローブ電極（１
０，Ａ），（１，Ｊ），（２０，Ｊ）の補正ができたの
で、この３本のプローブ電極を用いて面合わせを行う。

【００６４】次に面合わせの詳細を述べる。

【００６５】まず走査面と記録媒体５の面合わせを行
う。

【００６６】複数のプローブ電極１をチルト機構を用い
てＺ方向位置調整用プローブ電極（１０，Ａ）が一番最
初に記録媒体に接近するように積層型圧電素子３３を１
０ｎｍ伸長させる。

【００６７】プローブ電極と記録媒体間にバイアス電圧
０．５Ｖを印加する。

【００６８】記録媒体５上の任意の点ＡにＺ方向粗動機
構によってＺ方向位置調整用プローブ電極（１０，Ａ）
をトンネル領域まで接近させる。そしてプローブ電極の
垂直距離を制御しながら記録領域Ｓの一隅の点Ｂに移動
させる。次に、記録領域Ｓの外周に沿って同様にトンネ
ル領域を一定に保ったまま、プローブ電極を点Ｂから
Ｃ，Ｄ，Ｅの順に移動させる。走査面と記録媒体５の傾
きを検出し補正する機構は実施形態１と同様である。

【００６９】次に複数のプローブ電極１と記録媒体５の
面合わせを行う。

【００７０】Ｚ方向位置調整用プローブ電極（１，
Ｊ），（２０，Ｊ）にも電圧１ｍＶを印加し、カンチレ
バーを記録媒体側に１ｎｍ変位させ、プローブ電極と記
録媒体間にバイアス電圧０．５Ｖを印加する。

【００７１】この面合わせの方法も実施形態１と同様で
ある。

【００７２】この状態でＸＹ微動機構を駆動し、記録媒
体に対し±１０Ｖの三角波を任意のトンネルチップ／基
板電極間に印加することにより記録実験を行った。十分
にチップの接触がなく情報の記録・再生を行うことがで
きた。

【００７３】（実施形態３）図１０は本発明の装置の実
施形態３に用いた複数のプローブ電極であり、Ｘ方向に
１０本一列に並んでいる。この複数のプローブ電極を図
４に示す装置に装着した。装置の構成は実施形態１およ
び実施形態２に用いたものと同様であるが、複数のプロ
ーブ電極の傾きを補正する積層型圧電素子の数が２個に
なっている。そして各々が１本のＺ方向位置調整用プロ
ーブ電極（Ａ），（Ｊ）の真上に設置されている。

【００７４】本形態に用いた装置は複数のプローブ電極
をＸＹ方向に対し固定し、記録媒体をＸＹ方向に微動す
る構成になっている。

【００７５】Ｚ方向位置調整用プローブ電極（Ａ），
（Ｊ）に電圧１ｍＶを印加し、カンチレバーを記録媒体
側に１ｎｍ変位させる。なお、Ｚ方向位置調整用プロー
ブ電極は、記録媒体方向に反っており、基板１７と平行
位置にチルト軸があるものとする。

【００７６】Ｚ方向位置調整用プローブ電極のばらつき
の検知方法及び補正方法は、実施形態１と同様である。

【００７７】以上でＺ方向位置調整用プローブ電極
（Ａ），（Ｊ）の高さ方向のばらつきが補正ができたの
で、この２本のプローブ電極を用いて面合わせを行う。

【００７８】次に面合わせ方法の詳細について述べる。

【００７９】まず、複数のプローブ電極と記録媒体表面
の面合わせを図１１のように行う。図１１は、本発明の
装置における面合わせ方法のＸ方向の平面補正を表わし
た図である。

【００８０】複数のプローブ電極をチルト機構を用いて
Ｚ方向位置調整用プローブ電極（Ａ）が一番最初に記録
媒体に接近するように積層型圧電素子３３を１０ｎｍ伸
長させる。プローブ電極と記録媒体間にバイアス電圧
０．５Ｖを印加する。

【００８１】そして、図１１（ａ）に示すようにＺ方向
粗動機構によってＺ方向位置調整用プローブ電極（Ａ）
を１０^-8Ａ程度のトンネル電流を検知する位置まで移動
させる。

【００８２】次に図１１（ｂ）に示すように積層型圧電
素子３２を伸ばし、Ｚ方向位置調整用プローブ電極
（Ｊ）をＺ方向位置調整用プローブ電極（Ａ）が検知し
たトンネル電流と同じになるまで移動させる。積層型圧
電素子３２に印加する電圧を１００ｍＶ（変位量に換算
すると約１０ｎｍ）増加させることにより、Ｚ方向位置
調整用プローブ電極（Ｊ）をＺ方向位置調整用プローブ
電極（Ａ）が検知したトンネル電流と同じにすることが
できた。

【００８３】次にＺ方向位置調整用プローブ電極（Ｊ）
に印加されている電圧を０Ｖにし、カンチレバーの変位
を元に戻す。

【００８４】次に記録媒体表面と走査面の面合わせを図
８に示した軌跡のとおり行う。この面合わせ方法は実施
形態１と同様である。

【００８５】面合わせが終了した状態でＸＹ微動機構を
駆動し、記録媒体に対し±１０Ｖの三角波を任意のトン
ネルチップ／基板電極間に印加することにより記録実験
を行った。十分にトンネルチップの接触がなく情報の記
録・再生を行うことができた。

【００８６】本形態では、記録媒体表面と走査面の面合
わせにＺ方向位置調整用プローブ電極（Ａ）をセンサー
として用いたが、任意のプローブ電極でもよくＺ方向位
置調整用プローブ電極（Ｊ）をセンサーとして用いても
同様の結果が得られた。

【００８７】また図１０に示すように一直線上に複数並
べられたプローブ電極１６は図１２に示されるようにカ
ンチレバーの長手方向をＹ方向にして並べてもよく、ま
た図１３に示すようにトンネルチップのみを一直線に並
べてもよい。

【００８８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、面
合わせに用いるプローブ電極のばらつきを、チルト機構
により生じるトンネル電流の増加率により検知及び補正
するので確実な面合わせが行え、複数のプローブ電極と
記録媒体との誤接触を避けることができる。このため、
書込み、読出しエラーを改善することができ、高速スキ
ャンが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する装置の基本構成を示した図で
ある。

【図２】本発明を適用する装置の構成要部であるプロー
ブ電極の構成例を示す断面図である。

【図３】本発明を適用する装置に用いられる、複数のプ
ローブ電極が形成されている基板を上方から見た平面図
である。

【図４】本発明を適用する装置のチルト機構を示した図
である。

【図５】本発明を適用する装置におけるトンネル電流の
変化を示した図である。

【図６】本発明を適用する装置におけるＸ方向の平面補
正の例を表わした図である。

【図７】本発明を適用する装置におけるＹ方向の平面補
正の例を表わした図である。

【図８】本発明を適用する装置における記録媒体表面と
走査面の面合わせを行う軌跡を示した図である。

【図９】本発明を適用する装置において、プローブ電極
を図８に示す記録領域Ｓの外周に沿って動かしていると
きのプローブ電極の垂直方向の制御量を示した図であ
る。

【図１０】本発明を適用する装置に用いられる複数のプ
ローブ電極の例を示した図である。

【図１１】本発明を適用する装置におけるＸ方向の平面
補正の例を表わした図である。

【図１２】本発明を適用する装置に用いられる複数のプ
ローブ電極の例を示した図である。

【図１３】本発明を適用する装置に用いられる複数のプ
ローブ電極の例を示した図である。

【符号の説明】

１プローブ電極２プローブ電極アタッチメント３，６チルト機構４Ｚ方向微動・粗動機構５記録媒体７ＸＹ方向微動・粗動機構８インターフェース１１トンネルチップ１２カンチレバー１３，１７，５１基板１４，１５電極１６プローブ電極３１板ばね３２，３３，３４積層型圧電素子３５剛球５２下地電極５３記録層８１書込み読出し回路８２バイアス回路８３、９０トンネル電流検出器８４位置決め回路８５サーボ回路８６Ｚ方向駆動回路８７ＸＹ方向駆動回路８８位置検出回路８９チルト機構駆動回路

フロントページの続き (72)発明者川瀬俊光東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者山野明彦東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者酒井邦裕東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者小口高広東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者紫藤俊一東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開平６−76373（ＪＰ，Ａ) 特開平５−28545（ＪＰ，Ａ) 特開平４−359105（ＪＰ，Ａ) 特開平４−186111（ＪＰ，Ａ) 特開平４−98633（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 9/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】記録媒体と、該記録媒体に対向して配置
した複数のプローブ電極と、前記複数のプローブ電極の
それぞれに設けられたアクチュエータと、前記複数のプ
ローブ電極を支持する支持体と、前記支持体の前記記録
媒体に対する傾きを補正するチルト機構と、前記記録媒
体表面に沿った方向に前記記録媒体と前記プローブ電極
とを相対的に変位させる手段と、前記プローブ電極を用
いて情報の記録再生を行う手段を有する情報処理装置に
おける、前記チルト機構によって前記記録媒体表面及び
前記複数のプローブ電極の先端で構成される面との面合
わせを行う面合わせ方法において、前記複数のプローブ電極のうちの特定のプローブ電極か
ら信号を検出する段階と、前記チルト機構により前記支持体の前記記録媒体表面に
対する傾きを変化させた時の前記特定のプローブ電極毎
の前記検出信号の増加率を検知する段階と、前記特定のプローブ電極それぞれの前記増加率が同じに
なるように前記特定のプローブ電極に対応するアクチュ
エータを制御する、或は面合わせに用いる前記検出信号
を補正する段階と、前記特定のプローブ電極それぞれから検出された信号が
等しくなるように前記チルト機構を制御する段階と、を
備えることを特徴とする面合わせ方法。
【請求項２】前記複数のプローブ電極が１次元に配列
されており、前記特定のプローブ電極はそのうちの２本
であることを特徴とする請求項１に記載の面合わせ方
法。
【請求項３】前記２本のプローブ電極は、１次元に配
列された複数のプローブ電極のうちの両端に位置するこ
とを特徴とする請求項２に記載の面合わせ方法。
【請求項４】前記複数のプローブ電極がマトリックス
状に配列されており、前記特定のプローブ電極はそのう
ちの３本であることを特徴とする請求項１に記載の面合
わせ方法。
【請求項５】前記信号はトンネル電流であることを特
徴とする請求項１に記載の面合わせ方法。